Plaquettes SOI (silicium sur isolant)Il s'agit d'un matériau semi-conducteur spécialisé composé d'une couche de silicium ultra-fine déposée sur une couche d'oxyde isolante. Cette structure sandwich unique améliore considérablement les performances des dispositifs semi-conducteurs.
Composition structurelle :
Couche de périphérique (silicium supérieur) :
Épaisseur allant de quelques nanomètres à quelques micromètres, servant de couche active pour la fabrication de transistors.
Couche d'oxyde enterrée (BOX) :
Une couche isolante en dioxyde de silicium (0,05 à 15 µm d'épaisseur) qui isole électriquement la couche du dispositif du substrat.
Substrat de base :
Silicium massif (100-500 µm d'épaisseur) assurant un support mécanique.
Selon la technologie du processus de préparation, les principaux procédés de fabrication des plaquettes de silicium SOI peuvent être classés comme suit : SIMOX (technologie d'isolation par injection d'oxygène), BESOI (technologie d'amincissement par liaison) et Smart Cut (technologie de décapage intelligent).
La technologie SIMOX (Oxygen Injection Isolation Technology) consiste à injecter des ions oxygène à haute énergie dans des plaquettes de silicium pour former une couche de dioxyde de silicium noyée, laquelle est ensuite soumise à un recuit à haute température pour réparer les défauts de réseau. L'injection directe d'ions oxygène forme une couche d'oxygène enterrée.
La technologie BESOI (Bonding Thinning) consiste à assembler deux plaquettes de silicium, puis à en amincir une par meulage mécanique et gravure chimique pour former une structure SOI. L'essentiel réside dans l'assemblage et l'amincissement.
La technologie Smart Cut (exfoliation intelligente) forme une couche exfoliante par injection d'ions hydrogène. Après le collage, un traitement thermique est effectué pour exfolier la plaquette de silicium le long de la couche d'ions hydrogène, formant ainsi une couche de silicium ultra-fine. Le principe est le décapage par injection d'hydrogène.
Il existe actuellement une autre technologie, appelée SIMBOND (technologie de collage par injection d'oxygène), développée par Xinao. Il s'agit en fait d'une méthode combinant les technologies d'isolation et de collage par injection d'oxygène. Dans cette méthode, l'oxygène injecté sert de couche barrière d'amincissement, tandis que la couche d'oxygène enfouie est une couche d'oxydation thermique. Ainsi, elle améliore simultanément des paramètres tels que l'uniformité du silicium supérieur et la qualité de la couche d'oxygène enfouie.
Les plaquettes de silicium SOI fabriquées par différentes voies techniques ont des paramètres de performance différents et conviennent à différents scénarios d'application.
Le tableau suivant présente les principaux avantages des plaquettes de silicium SOI en termes de performances, ainsi que leurs caractéristiques techniques et leurs applications concrètes. Comparé au silicium massif traditionnel, le SOI présente des avantages significatifs en termes de vitesse et de consommation d'énergie. (Note : Les performances du FD-SOI 22 nm sont proches de celles du FinFET, et son coût est réduit de 30 %.)
| Avantage de performance | Principe technique | Manifestation spécifique | Scénarios d'application typiques |
| Faible capacité parasite | La couche isolante (BOX) bloque le couplage de charge entre le dispositif et le substrat | Vitesse de commutation augmentée de 15 à 30 %, consommation d'énergie réduite de 20 à 50 % | 5G RF, puces de communication haute fréquence |
| Courant de fuite réduit | La couche isolante supprime les chemins de courant de fuite | Courant de fuite réduit de > 90 %, durée de vie de la batterie prolongée | Appareils IoT, électronique portable |
| Dureté aux radiations améliorée | La couche isolante bloque l'accumulation de charges induites par le rayonnement | La tolérance aux radiations s'est améliorée de 3 à 5 fois, et les perturbations liées à un seul événement ont été réduites. | Engins spatiaux, équipements de l'industrie nucléaire |
| Contrôle de l'effet du canal court | Une fine couche de silicium réduit les interférences du champ électrique entre le drain et la source | Stabilité de la tension de seuil améliorée, pente sous-seuil optimisée | Puces logiques de nœud avancées (<14 nm) |
| Gestion thermique améliorée | La couche isolante réduit le couplage de conduction thermique | 30 % d'accumulation de chaleur en moins, température de fonctionnement inférieure de 15 à 25 °C | Circuits intégrés 3D, électronique automobile |
| Optimisation haute fréquence | Capacité parasite réduite et mobilité des porteurs améliorée | Délai inférieur de 20 %, prend en charge le traitement du signal > 30 GHz | Communication à ondes millimétriques, puces de communication par satellite |
| Flexibilité de conception accrue | Aucun dopage de puits requis, prend en charge la polarisation arrière | 13 à 20 % d'étapes de processus en moins, densité d'intégration 40 % plus élevée | Circuits intégrés à signaux mixtes, capteurs |
| Immunité de verrouillage | La couche isolante isole les jonctions PN parasites | Seuil de courant de verrouillage augmenté à > 100 mA | Dispositifs d'alimentation à haute tension |
En résumé, les principaux avantages du SOI sont les suivants : il fonctionne rapidement et est plus économe en énergie.
En raison de ces caractéristiques de performance du SOI, il a de larges applications dans des domaines qui nécessitent d'excellentes performances de fréquence et de consommation d'énergie.
Comme indiqué ci-dessous, sur la base de la proportion de domaines d'application correspondant au SOI, on peut voir que les dispositifs RF et de puissance représentent la grande majorité du marché du SOI.
| Champ d'application | Part de marché |
| RF-SOI (Radiofréquence) | 45% |
| Puissance SOI | 30% |
| FD-SOI (entièrement épuisé) | 15% |
| SOI optique | 8% |
| Capteur SOI | 2% |
Avec la croissance de marchés tels que la communication mobile et la conduite autonome, les plaquettes de silicium SOI devraient également maintenir un certain taux de croissance.
XKH, leader de l'innovation dans la technologie des plaquettes de silicium sur isolant (SOI), propose des solutions SOI complètes, de la R&D à la production en série, grâce à des procédés de fabrication de pointe. Notre gamme complète comprend des plaquettes SOI de 200 mm et 300 mm, couvrant les variantes RF-SOI, Power-SOI et FD-SOI, avec un contrôle qualité rigoureux garantissant une constance exceptionnelle des performances (uniformité d'épaisseur de ± 1,5 %). Nous proposons des solutions personnalisées avec des épaisseurs de couche d'oxyde enterré (BOX) allant de 50 nm à 1,5 μm et diverses spécifications de résistivité pour répondre à des exigences spécifiques. Forts de 15 ans d'expertise technique et d'une chaîne d'approvisionnement mondiale robuste, nous fournissons avec fiabilité des substrats SOI de haute qualité aux principaux fabricants de semi-conducteurs du monde entier, permettant ainsi des innovations de pointe en matière de puces pour les communications 5G, l'électronique automobile et les applications d'intelligence artificielle.
XKH's Plaquettes SOI :
Date de publication : 24 avril 2025